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罩（zhào）類零件的車削工藝研究

2018-11-16 來源：西安現代控製（zhì）技術研究所作者：劉強，孫韶渝（yú），李威宇，郭（guō）誌偉，康朝旭

摘（zhāi）　要：罩類零件是（shì）彈體結構的重要組成零件之一，生產工藝在罩類零件的質量保證方麵具有決（jué）定性作用（yòng）。各種工藝方法都有自己的優缺點（diǎn）和適用場合，其中適應性最強、使用頻（pín）率最高的便是罩類零件的車（chē）削工藝。針對（duì）罩類零件的車削工藝，通（tōng）過大量工藝試驗積累的數據參數和技術經驗，在闡述了罩類（lèi）零件薄壁的結構特點及各項嚴格的技術要求的基（jī）礎上，提出了包括衝壓（yā）模具設（shè）計、工裝（zhuāng）設計、測量方法（fǎ）選用、刀具及切削參數選擇、工藝路線確定（dìng）等在內的罩類零件的具（jù）體工藝方案，對指導相（xiàng）關產品生產具有一定的參考價值。

關鍵詞：罩類零件；刀具：模具

罩類零件（jiàn）在加工生產中具有精度要求高、易變形和工藝性差等特點，采用不同的加工方法對零件的質量、生產（chǎn）效（xiào）率和成本具有明顯的影響。旋壓成型的方法，其設備造價頗高；鍛造成型法僅局限於零件的毛坯生產。

這些加工方法的後續工序仍需要進行車削加工。車削加工設備普（pǔ）遍應用（yòng）於機械加工領域，其生產方便、成（chéng）本低、加工適應性強，尤其在罩類零件的加工中，越來越體現出它的優勢。本文針對罩類零件特點（diǎn）進行車削工藝研究，所得到的技（jì）術成果可供（gòng）同類零件（jiàn）加工參考。

１　、概（gài）述

１．１　罩類零（líng）件（jiàn）的結構特點

罩類零件是彈體結構的重要（yào）零件之（zhī）一，其常見（jiàn）種（zhǒng）類如圖１所示。

從罩類零件的結構特征來看，它（tā）們基本（běn）都屬（shǔ）於薄壁件，其加工部（bù）位主要是內外圓弧麵、內外（wài）圓錐麵、內外曲線麵及大小端麵（miàn）等（děng）。

１．２　罩類零件的（de）技術要（yào）求

罩類（lèi）零（líng）件的內外型麵與特殊部位接觸，通常對其尺寸精度（dù）要求較高（為（wéi）ＩＴ５～ＩＴ８）。罩類零件的形狀精度主要（yào）是指圓度、圓柱度，一般應將其限製在尺寸公差範圍內。對精度要（yào）求（qiú）高的零件，應在（zài）圖樣上標注其形狀公（gōng）差。常（cháng）見的位置精度是指對內外（wài）型（xíng）麵的壁（bì）厚差要求，即同軸度一（yī）般規定為０．０１～０．０３ｍｍ。另外（wài），大小端麵相對於軸線的垂直（zhí）度一（yī）般（bān）規定（dìng）為０．０１～０．０５ｍｍ。根據不（bú）同的（de）零件材料，相應的（de）表麵粗糙度為Ｒａ０．８～Ｒａ１．６μｍ。

１．３　、罩類零件的材料（liào）、毛坯及熱處理

此類零件根據不同工作條件和使用要求選用不同的材料和熱處理（lǐ）方式，以獲（huò）得（dé）相應的力（lì）學（xué）性能。常見的材料有銅、鉭、及鈦合金等。罩類零件最常用的毛坯是圓棒料、

鍛件、衝壓件和旋（xuán）壓件。毛坯經過加熱（rè）鍛造後，能使金屬（shǔ）內部纖維組織沿表麵（miàn）均勻分布，可獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強度，同時能節約材料，減少（shǎo）機械加工餘量。衝壓件一般有冷衝壓和熱衝壓，對於體積（jī）較（jiào）大（dà）的罩體零件，采（cǎi）用熱（rè）衝壓時容易形成毛坯表麵超硬層，如果鈦合金材料衝壓後的（de）硬度＞６０ＨＲＣ，這將給加工（gōng）帶（dài）來難度。

冷衝（chōng）壓一般用於中小型圓弧罩體零件，通過專用模具將板材衝壓成待加工狀態，同樣節省材料，適用於大批量生產。將一定形狀的板材在旋壓（yā）機上加工形成的罩類旋壓件可以獲得很高的尺寸和幾何精度，後續隻（zhī）需進行工件長度方（fāng）向上的加工即可。單件小批（pī）量的產品（pǐn）采用圓棒（bàng）料加工比較經濟，留工藝台後加工（gōng）成（chéng）形，可（kě）以節省模具費用。罩類零件有再結晶軟化退火、晶粒細（xì）化和低溫時效等（děng）熱（rè）處理（lǐ）要求，大多在毛坯鍛造和熱衝壓出廠時已經完成，本（běn）文不再討（tǎo）論和安排熱處理工序。

２　、罩類零件（jiàn）的工藝方（fāng）案設計

２．１　冷衝壓模具（jù）的設計

采取冷衝（chōng）壓的銅、鉭（tǎn）板類材（cái）料，依據罩體零件尺寸設（shè）計衝（chōng）壓模具。本文介紹一種相（xiàng）對簡單（dān）實用的衝壓模具（見圖２）

根據該零件的尺寸，選取板料厚度、毛坯尺（chǐ）寸，形成毛坯加（jiā）工圖（見圖３）

先確（què）定毛坯外弧麵，一般是外弧麵對應外弧麵（miàn），如果零件是變壁厚的就以小圓弧為基準往外留出加（jiā）工餘量，然後按板料厚度往下平移形（xíng）成內弧麵，內、外弧麵應能包絡零件外形尺（chǐ）寸。過渡圓弧選Ｒ３～Ｒ５ｍｍ，圓環台外徑則（zé）保證單邊（biān）至（zhì）少５ｍｍ餘量。根據毛坯加工圖，設計衝壓模具如圖４所示。

凹、凸模通過中（zhōng）心（xīn）的導向柱（zhù）進行衝壓。使用時，先將凹（āo）模平放塗油，放入板料，壓上凸模（mó），逐漸增加壓力至工藝要（yào）求。脫模時，采（cǎi）用（yòng）細（xì）銅棒插入凹模中心的通孔內輕敲毛坯。

２．２　定位基準的選擇與轉換

罩類零件的定（dìng）位基準一般都在工藝台上，根據加工需要，工藝台可以設計（jì）成圓柱、圓環和錐台等。圓棒料加工的罩體類零件主要采用圓柱和圓環工藝台定位；鍛造件和衝壓件主要采取圓柱和錐台定位，其中衝壓的（de）圓弧類罩（zhào）體（tǐ）零件主要以圓環定位，有時可采（cǎi）用中心孔作為輔助基準。

２．３　專用工裝的設計

衝壓完後的（de）毛坯進行切邊處理，需要使用的工裝如圖５所示。加工時先與待加工半成品的外弧麵配車堵頭２端麵上的內弧麵，然後將堵頭１裝夾固定（dìng）在主軸上，與待加工半成品的內弧麵配車端麵上的（de）圓弧凸台（tái）。工件放在兩（liǎng）堵頭的內、外圓弧麵之間（jiān），用百分表找正後進行加工。

經過切邊（biān）、車製形成的（de）裝夾基準需要采取定位胎具進行夾持，常見的（de）定位工裝有如下２種。

１）以圓環（huán）類工藝台定位的工裝。將工件（jiàn）上的圓環台放入定心軸（見圖６）口部的台階孔內，用背帽壓緊。定心軸上的台階定位孔與工件（jiàn）上（shàng）圓環定位台的（de）配合間隙直接決定零加工的同軸度，間隙越小，同軸度越高（gāo）。該種工裝的優點（diǎn）是符合定位基準（zhǔn）統一原則，工件的內（nèi）、外型加（jiā）工的定位基準不變（biàn）可以獲得較高的加工精度；缺點（diǎn）是定（dìng）心（xīn）軸上的台階定位孔與工件上（shàng）圓環定位台的配合間隙不易控製，還需要控製圓環台（tái）的長度以便於拆卸工件。

２）以工藝錐台定位（wèi）的工裝。該種工裝容易獲得很高的幾何精度，定位基準是工件（jiàn）的內錐麵和外（wài）錐麵。當外錐麵定位時，背帽壓緊工件端麵；當內錐麵定位（wèi）時，錐套（tào）背帽壓緊工件的外錐麵。該種工裝需要在工件大端方向留出５～１０ｍｍ軸向餘量的工藝錐台。外錐麵定位工裝（zhuāng）（見圖７）的定位錐麵可以根據需要決定錐麵長度，大小（xiǎo）端處錐麵定位，

錐（zhuī）麵中（zhōng）間空出的情況更有利於裝夾（jiá）使用（yòng）。錐麵精度應與工（gōng）件保持一致，必要時適當研磨。

內錐（zhuī）麵定位工裝（見圖８）使用方法同上，唯一（yī）不同的是在錐（zhuī）套背帽壓緊工件後（hòu）留出的工（gōng）件長度應大於零件的總長。

以錐麵罩的（de）內、外錐定位的三維（wéi）示意（yì）圖如圖９所示。

對於曲麵罩的定位（wèi）工裝（zhuāng），可以根據罩體的深淺決定使用上述的哪種工裝，僅（jǐn）改變工裝定位麵的（de）形狀就可以滿足加工（gōng）需要。當罩體的內、外型加工（gōng）完成後，再次（cì）配車圖５所示的（de）外（wài）圓切邊工裝，並使用該工裝進行總長和外圓尺寸的後續加工。

２．４　刀具和車削參（cān）數（shù）

針對不同的加工材料，經（jīng）過生產實踐，總結出使用的刀具種類和相應的切削參數，對產（chǎn）品的車（chē）削加工具有一定的指導意（yì）義。罩類零件（jiàn）常見的３種材料對應的刀具及切削參數見表１。

２．５　測量方法

在工件的檢（jiǎn）測方麵，粗加工和（hé）半精加工中（zhōng）使用通（tōng）用的量具，如遊標（biāo）卡尺、萬能角度尺和百（bǎi）分表等。在精加工（gōng）中（zhōng），選（xuǎn）用（yòng）特製的壁厚檢測量具結合三坐標測量（liàng）機進行檢（jiǎn）測。有的（de）零件對同一剖切麵壁厚（hòu）差有嚴格要求，這就需要對零件壁厚差進（jìn）行精確測量。當現有的壁（bì）厚檢測量具無法對零件進行全形（xíng）麵壁厚檢測時，可（kě）以設計（jì）專用量具（jù）來測（cè）量。這裏推薦（jiàn）一種手握式壁厚檢測量具，該量具采用千分表（biǎo）和量塊輔助工具對零件進行測量（liàng），具有測量精度高（gāo）、速度快、尺寸和長度（dù）範圍大等優點。

手握式壁厚檢測量具示意圖（tú）如圖１０所示。

２．６　工藝路線的確定

根據罩類零件的回轉體結構（gòu）、零件的高（gāo）精度和表（biǎo）麵質量，車削加工（gōng）工藝路（lù）線為（wéi）：粗車（chē）→半精車（chē）→精車。具體工藝路線如圖１１所示。

３　、關於車削工藝的說明

３．１　工序的安排

３個加工階（jiē）段的劃（huá）分可以有效（xiào）消除金屬殘餘應力，從而獲得較高的加工（gōng）精度。比如，零件為（wéi）內、外錐結構，使用內、外錐麵（miàn）互（hù）為基準（zhǔn），通過３個（gè）階段的反複加工來滿（mǎn）足產品的壁厚和同軸度等要求。對於罩（zhào）類零件有外圓和（hé）總長（zhǎng）度尺寸要求的，一般都放在最後一道車外圓工序。這時采用圓弧定心胎或者內錐定心胎固定工件，並用（yòng）百分表找正，使跳動小於產品同軸度要求後車製成形。

３．２　工序設備與工件表麵質量

罩（zhào）類零件的表麵質量要求高，在數控車床選擇方麵（miàn），應選擇具有恒（héng）線速的數控車床，保證加工錐麵時切削（xuē）速度恒定，從而滿足（zú）表麵質量要求。

３．３　程序的編製

由於某些零件的尺（chǐ）寸較大，在精加工過程中一（yī）次走刀時間較長，這樣會造（zào）成刀具的微量磨損，從而影響整個形麵（miàn）的壁厚差要求。此時可利用程序微量調整法，用以消除因刀具磨損而產生的壁厚差問題。具（jù）體操作方法是先把（bǎ）內形麵精加工完成後，在（zài）精加工外形麵（miàn）時，把相應各坐標點按半精加工外形麵所測壁厚實際尺寸，按比例補償調整。

４　、結語

經過實（shí）際生產的檢驗（yàn），罩類零件（jiàn）的衝壓模具方便實用（yòng），工裝定（dìng）位精度較高，刀具及切削參數切（qiē）合實際，量具測（cè）量準確，工藝方案設（shè）計合理，已經（jīng）產生了一（yī）定（dìng）的經（jīng）濟效益。罩類零件的車削工藝能夠彌補其他加工工藝的不足，在實際生產中具有加工適應性強、快速可靠、成本低和質量穩定的優點。本文所提（tí）到的工藝方案設計、專用工裝、測量器具、刀具及切削用量可操作性強，在指導產品生產方麵具有（yǒu）參考價值。

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